Monitoreo de edificios en Filipinas

Comentario sobre las directrices del DPWH para la instrumentación de registro de terremotos. Por Adam Pascale.

Adam Pascale es el director del Centro de Investigación Sismología (SRC) en Australia y ha trabajado como sismólogo durante más de 24 años. Actualmente forma parte del Comité Ejecutivo de la Sociedad Australiana de Ingeniería Sísmica y del comité para la asamblea general de la Comisión Sismológica Asiática 2016, que se celebró por última vez en Manila en 2014.

[Nota: esta publicación se actualizó el 21 de junio 2019 con comentarios adicionales]

La República de Filipinas y el Departamento de Obras Públicas y Carreteras (DPWH) merecen ser elogiados por su política para mejorar la seguridad de los edificios mediante el monitoreo de los entornos urbanos y su respuesta ante terremotos. Esta es una excelente iniciativa que debería adoptarse en muchas más ciudades del mundo donde el riesgo de daños por vibraciones sísmicas es elevado a corto plazo.

Las “Directrices y normas de aplicación sobre instrumentación para el registro de terremotos en Edificios ” del DPWH describen qué edificios deben ser monitoreados según su tamaño, importancia y clasificación. Este enfoque es razonable y abarca una buena selección de tipos de edificios para la respuesta ante terremotos. El requisito de monitorear tres puntos en edificios altos (de más de 50 metros) también es una política sólida, pero la recomendación de que edificios con un solo acelerógrafo tengan el instrumento ubicado en la planta baja o el sótano más bajo debería reconsiderarse.

El objetivo principal de esta política es recopilar información sobre la respuesta de los edificios a los terremotos, para permitir una evaluación rápida de los posibles daños. Al monitorear únicamente el movimiento del suelo, no se obtendrá información sobre la respuesta del edificio durante un evento sísmico. Si se va a instalar un acelerógrafo en un edificio, recomiendo encarecidamente que este instrumento se ubique en la parte superior del mismo. El monitoreo del suelo solo nos proporcionará información sobre el movimiento sísmico, que será muy similar en grandes áreas con perfiles suelo similares; por lo tanto, el movimiento de la parte superior del edificio en relación con el movimiento del suelo registrado en una ubicación cercana brindaría una mejor medida de la respuesta estructural.

El movimiento del terreno es útil como dato de entrada para los modelos de ingeniería que predicen teóricamente la respuesta del edificio, pero el registro del movimiento del edificio proporcionaría datos reales de respuesta estructural, y sería de mayor utilidad cuando se utilizara junto con el registro sincronizado del movimiento del terreno.

Para garantizar que la calidad de los datos no se vea comprometida, es necesario abordar un problema en las directrices que describen el equipo de registro. El rango de escala completa del sensor debe ser de ±2 g, lo cual es razonable para el movimiento del suelo esperado de un gran terremoto cercano. Esto se describe como "Sensibilidad" en las directrices, pero ese término describe cuántos voltios de un sensor se relacionan con la aceleración (por ejemplo, 10V por g). A continuación, se analiza que el ruido RMS del sistema es inferior a 40µg (el nivel de señal más pequeño claramente visible), lo cual no es posible utilizando el convertidor analógico-digital (ADC) 16 bits especificado. El uso de un ADC de 16 bits proporciona solo ±32768 cuentas de resolución (< 96dB) en el registrador. Suponiendo que tenga un sensor con un rango de ±2 g, eso significa que 1 conteo (la sensibilidad/resolución del registrador de 16 bits) sería igual a 61µg, por lo que un sistema de 16 bits no puede alcanzar matemáticamente el nivel de ruido especificado, incluso suponiendo que no haya ruido a nivel de bit (que siempre lo hay).

Con cada paso en los datos siendo tan grande, hay una resolución insuficiente para el análisis de la respuesta estructural. Cualquier sismógrafo científico moderno utilizará convertidores analógico-digitales (ADC) 24 o 32 bits con un rango dinámico de al menos 130dB, y con un acelerómetro de alta sensibilidad el sistema puede alcanzar un nivel de ruido real de alrededor de ±1 µg, manteniendo un rango de escala completa de ±2 g. El sótano de un edificio urbano típico puede tener un nivel de ruido de unas pocas decenas de micro- g. Esta calidad de instrumentación es necesaria para el monitoreo estructural, de modo que se pueda determinar la frecuencia natural y la respuesta modal del edificio. Cualquier sistema que utilice acelerómetros con tecnología MEMS debe descartarse: incluso los mejores sensores MEMS tienen un nivel de ruido casi 10 veces mayor que los 40µg requeridos, tienen un rango dinámico limitado (< 100dB) y son particularmente deficientes en la respuesta de baja frecuencia, un factor importante para edificios de gran altura que generalmente tienen una respuesta de período natural larga.

El objetivo principal de la monitorización de edificios es evaluar rápidamente su estado tras un terremoto importante. Dado que cientos, o incluso miles, de edificios requieren una evaluación rápida, la recopilación manual de datos será un proceso lento y posiblemente complicado debido a otras acciones de emergencia que podrían estar en marcha simultáneamente. Sería conveniente que los ingenieros estructurales tuvieran acceso inmediato a los datos de respuesta de edificios edificios para poder evaluarlos rápidamente desde centros de control centralizados. La incorporación de telemetría a los acelerógrafos modernos es un componente de coste relativamente bajo (un módem celular) con un pequeño coste operativo (un plan de datos mensual), por lo que debería considerarse el registro centralizado de datos. Quizás ciertos sectores de cada ciudad podrían compartir centros de datos para distribuir el trabajo de evaluación de edificios entre los expertos disponibles.

Estas directrices representan un gran avance hacia la mejora del conocimiento en ingeniería sísmica, y con algunas modificaciones menores creo que el programa generará un conjunto de datos muy valioso para sismólogos e ingenieros civiles durante muchos años, y proporcionará sistemas de utilidad práctica en situaciones de emergencia.

Para obtener más información sobre la política (y para descargar una copia), consulte este artículo.